(57)【要約】【課題】  円筒ころ軸受あるいは円すいころ軸受において、大きい荷重下で使用される場合でも、クラウニングのドロップ量を大きくすることなく軸方向の面圧分布を均一にすることを可能にして、加工性を改善し、低コストを実現しつつ、エッジ応力の発生を防ぎ、長寿命化を図る。【解決手段】  ころ４を中空にするかまたは、ころ４の側端面に窪み５，６を設けて、ころ端部の剛性を低下させ、ころ端部のエッジ応力の発生を防ぐ。また、ころ４の転動面４ａ、内輪２の軌道面２ａ、および外輪３の軌道面３ａのうちの少なくとも一つの面にクラウニングを設けて、軸方向の面圧分布の均一化を図る。【選択図】        図１
2007198518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ころを中空にするかまたは、ころの側端面に窪みを設け、かつ、ころの転動面にクラウニングを設けたころ軸受のころ。
【請求項２】
ころを中空にするかまたは、ころの側端面に窪みを設け、かつ、ころの転動面、内輪の軌道面、および外輪の軌道面のうちの少なくとも一つの面にクラウニングを設けたころ軸受。
【請求項３】
正面組合せで使用されかつその正面組合せの軸受間で軸にラジアル荷重が作用する用途で使用される円すいころ軸受において、ころの両側の側端面に窪みを設けてこれら窪みの周囲の肉厚を、ころ大径側をころ小径側よりも薄くするか、またはころの転動面にクラウニングを設けて、そのクラウニングのドロップ量を、ころ大径側をころ小径側よりも大きくした円すいころ軸受。
【請求項４】
背面組合せで使用されかつその背面組合せの軸受間で軸にラジアル荷重が作用する用途で使用される円すいころ軸受において、ころの両側の側端面に窪みを設けてこれら窪みの周囲の肉厚を、ころ小径側をころ大径側よりも薄くするか、またはころの転動面にクラウニングを設けて、そのクラウニングのドロップ量を、ころ小径側をころ大径側よりも大きくした円すいころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、円筒ころ軸受あるいは円すいころ軸受のころの形状、およびそのころを備えたころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒ころ軸受あるいは円すいころ軸受のようなころ軸受の転動疲労寿命を延長するには、内外輪の軌道面ところの転動面との接触面圧を小さくする必要がある。一定荷重下で接触面圧を小さくするには軸方向の面圧分布を均一にすることが重要であり、その手法として、ころ軸受の内輪あるいは外輪の軌道面、あるいはころの転動面を曲面に形成するクラウニング加工が知られている。
クラウニングに関しては、過去に多くの提案がなされている。代表的なものとして、例えば特許文献１〜１０が挙げられる。
【０００３】
また、ころを中空にしたり、ころの側端部に深い窪みを設けて、ころに可とう性を具備させた考案もなされている（例えば特許文献１１，１２）。
【特許文献１】実登０２５５４８８２号公報（実開平５−２２８４５号公報）
【特許文献２】実開平５−８９９４３号公報
【特許文献３】特開平８−２３２９６０号公報
【特許文献４】特開２０００−２５７６３７号公報
【特許文献５】特開２０００−３４６０７８号公報
【特許文献６】特開２００１−６５５７４号公報（ＵＳ６３９０６８５Ｂ１）
【特許文献７】特開２００１−８２１１４号公報（ＵＳ６３１１６６０Ｂ１）
【特許文献８】特開２００１−１２４０８９号公報
【特許文献９】特開２００１−２４１４４６号公報
【特許文献１０】特開２００２−２３５７４９号公報
【特許文献１１】実開平１−１２８０２２号公報
【特許文献１２】英国特許１８１１５６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
円筒ころ軸受あるいは円すいころ軸受では、通常、ころ端部でのエッジ応力を避けて軸方向の面圧分布を一定にするために内輪軌道面、外輪軌道面、およびころ転動面のいずれかあるいは複数にクラウニング加工が施されている。しかしながら、これらのころ軸受が大きい荷重下で使用される場合は、クラウニングのドロップ量を大きくしなければならず、加工が困難であるという問題があった。
【０００５】
また、特許文献１１および特許文献１２では、内輪軌道面、外輪軌道面、およびころ転動面のいずれにもクラウニングを設けていないため、ころ端部でころと内輪または外輪とが接触して、エッジ応力が発生するという問題があった。
【０００６】
特に、図７に示すように、円すいころ軸受１１が正面組合せで使用され、軸２０にラジアル荷重Ｗが作用する場合は、軸２０のたわみによってころ１４の大径側でエッジ応力が発生しやすく、逆に、図８に示すように、円すいころ軸受１１が背面組合せで使用され、軸２０にラジアル荷重Ｗが作用する場合は、軸２０のたわみによってころ１４の小径側でエッジ応力が発生しやすい。
【０００７】
この発明の目的は、円筒ころ軸受あるいは円すいころ軸受において、大きい荷重下で使用される場合でも、クラウニングのドロップ量を大きくすることなく軸方向の面圧分布を均一にすることを可能にして、加工性を改善し、低コストを実現しつつ、エッジ応力の発生を防ぎ、長寿命化を図ることである。
この発明の他の目的は、円すいころ軸受が正面組合せあるいは背面組合せで使用される場合において、軸のたわみによるエッジ応力の発生を防ぎ、長寿命化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明のころ軸受のころは、ころを中空にするかまたは、ころの側端面に窪みを設け、かつ、ころの転動面にクラウニングを設けたものとした。
ころを中空にするかまたは、ころの側端面に窪みを設けることで、ころ端部の剛性が低下して、応力が緩和される。そのため、ころ転動面のクラウニングのドロップ量が小さくても、ころ端部に生じるエッジ応力を小さく保つことができ、寿命の延長を図れる。ころを中空にするかまたは、ころの側端面に窪みを設ける加工は、ドロップ量の大きいクラウニングの加工ほど精度が要求されないため、加工が容易であり、低コストでの生産が可能である。
【０００９】
この発明のころ軸受は、ころを中空にするかまたは、ころの側端面に窪みを設け、かつ、ころの転動面、内輪の軌道面、および外輪の軌道面のうちの少なくとも一つの面にクラウニングを設けたものとした。
この発明にかかるころ軸受に用いられるころは、中空または側端面に窪みが設けられたものであるため、上記のように、ころ端部の剛性が低下して、応力が緩和される。そのため、ころ転動面、内輪の軌道面、および外輪の軌道面のクラウニング量が小さくても、ころ端部に生じるエッジ応力を小さく保つことができ、軸受寿命の延長を図れる。
【００１０】
正面組合せで使用されかつその正面組合せの軸受間で軸にラジアル荷重が作用する用途で使用される円すいころ軸受については、ころの両側の側端面に窪みを設けてこれら窪みの周囲の肉厚を、ころ大径側をころ小径側よりも薄くするか、またはころの転動面にクラウニングを設けて、そのクラウニングのドロップ量を、ころ大径側をころ小径側よりも大きくした。
円すいころ軸受が正面組合せで使用される場合は、軸のたわみによってころの大径側でエッジ応力が発生しやすい。したがって、ころの両側の側端面に設ける窪みの周囲の肉厚を、ころ大径側をころ小径側よりも薄くすることにより、ころ大径側の端部の方がころ小径側の端部よりも剛性の低下の程度を大きくして、ころ大径側の端部でのエッジ応力の発生を防止する。または、ころの転動面に設けるクラウニングのドロップ量を、ころ大径側をころ小径側よりも大きくすることにより、ころ大径側の端部でのエッジ応力の発生を防止する。
【００１１】
背面組合せで使用されかつその背面組合せの軸受間で軸にラジアル荷重が作用する用途で使用される円すいころ軸受については、ころの両側の側端面に窪みを設けてこれら窪みの周囲の肉厚を、ころ小径側をころ大径側よりも薄くするか、またはころの転動面にクラウニングを設けて、そのクラウニングのドロップ量を、ころ小径側をころ大径側よりも大きくした。
円すいころ軸受が背面組合せで使用される場合は、軸のたわみによってころの小径側でエッジ応力が発生しやすい。したがって、ころの両側の側端面に設ける窪みの周囲の肉厚を、ころ小径側をころ大径側よりも薄くすることにより、ころ小径側の端部の方がころ大径側の端部よりも剛性の低下の程度を大きくして、ころ小径側の端部でのエッジ応力の発生を防止する。または、ころの転動面に設けるクラウニングのドロップ量を、ころ小径側をころ大径側よりも大きくすることにより、ころ小径側の端部でのエッジ応力の発生を防止する。
【発明の効果】
【００１２】
この発明のころ軸受は、ころを中空にするかまたは、ころの側端面に窪みを設け、かつ、ころの転動面、内輪の軌道面、および外輪の軌道面のうちの少なくとも一つの面にクラウニングを設けたため、大きい荷重下で使用される場合でも、クラウニングのドロップ量を大きくすることなく軸方向の面圧分布を均一にすることを可能にして、加工性を改善し、低コストを実現しつつ、エッジ応力の発生を防ぎ、長寿命化を図ることができる。
【００１３】
この発明の円すいころ軸受は、正面組合せで使用されかつその正面組合せの軸受間で軸にラジアル荷重が作用する場合には、ころの両側の側端面に窪みを設けてこれら窪みの周囲の肉厚を、ころ大径側をころ小径側よりも薄くするか、またはころの転動面にクラウニングを設けて、そのクラウニングのドロップ量につき、ころ大径側をころ小径側よりも大きくし、また背面組合せで使用されかつその背面組合せの軸受間で軸にラジアル荷重が作用する用途で使用される場合には、ころの両側の側端面に窪みを設けてこれら窪みの周囲の肉厚を、ころ小径側をころ大径側よりも薄くするか、またはころの転動面にクラウニングを設けて、そのクラウニングのドロップ量を、ころ小径側をころ大径側よりも大きくしたため、軸のたわみによるエッジ応力の発生を防ぎ、長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この発明の第１の実施形態を図１および図２と共に説明する。
この軸受１は円筒ころ軸受であって、図１に示すように、内輪２と、外輪３と、これら内外輪２，３間に介在する複数個の略円柱状のころ４とを備えている。内輪２は、外周に円柱面からなる軌道面２ａが形成されたものであり、軌道面２ａの両側に鍔部２ｂ，２ｃを有する。外輪３は、内周に内輪２の軌道面２ａに対向する軌道面３ａが形成されたものであり、鍔無しとされている。ころ４は、外周が転動面４ａとして形成され、上記両軌道面２ａ，３ａ間で転動自在となっている。各ころ４は、図示しない保持器のポケット内に入れられ、円周方向に所定の間隔を隔てて保持されている。
尚、鍔部２ｂ，２ｃは、内輪２には無く外輪３にあっても良い。また、鍔部２ｂ，２ｃは、内輪２あるいは外輪３の片側にのみ配置されていても良い。
【００１５】
図２の断面図に示すように、ころ４は、ころ転動面４ａの軸方向中央部４ａａは直線状で、軸方向両端部４ａｂ，４ａｃにクラウニングが形成されている。そのクラウニングは、円弧状曲線（半径ｒ）で形成されており、ころ４の両端でのクラウニングのドロップ量σは等しい。ここで言うドロップ量σは、ころ４の最大半径と有効長さ端部（転動面４ａと面取り４ｂ，４ｃとの交点）でのころ４の半径との差のことである。ころ転動面４ａの両端には面取り４ｂ，４ｃが施されている。
【００１６】
また、ころ４の両側端面には、横断面（図示せず）が円形の窪み５，６が設けられている。両窪み５，６は、それぞれ同径、同深さとされている。したがって、小径側も大径側も、窪み５，６の周囲の肉厚ｔが等しい。
【００１７】
上記のように、ころ４の転動面４ａにクラウニングを設けると、内・外輪２，３の軌道面２ａ，３ａところ４の転動面４ａとの接触部に作用する荷重の偏りを少なくすることができる。また、ころ４の側端面に窪み５，６を設けると、ころ４の軸方向端部の剛性が低下して、応力が緩和される。よって、クラウニングのドロップ量σおよび窪み５，６の周囲の肉厚ｔを最適に設定して組み合わせることにより、クラウニングのドロップ量σを大きくせず、比較的容易な加工で低コストに生産できるものでありながら、面圧分布を軸方向で均一にして、長寿命化を図ることができる。
【００１８】
この発明の第２の実施形態を図３および図４と共に説明する。
この軸受１１は円すいころ軸受であって、図３に示すように、内輪１２と、外輪１３と、これら内外輪１２，１３間に介在する複数個の円すいころ１４とを備えている。内輪１２は、外周に円すい面からなる軌道面１２ａが形成されたものであり、軌道面１２ａの大径側および小径側に大鍔１２ｂおよび小鍔１２ｃをそれぞれ有する。外輪１３は、内周に内輪１２の軌道面１２ａに対向する軌道面１３ａが形成されたものであり、鍔無しとされている。円すいころ１４は、外周が転動面１４ａとして形成され、上記両軌道面１２ａ，１３ａ間で転動自在となっている。各円すいころ１４は、図示しない保持器のポケット内に入れられ、円周方向に所定の間隔を隔てて保持されている。
【００１９】
図４の断面図に示すように、円すいころ１４の転動面１４ａには、円弧状（半径ｒ）のフルクラウニングが形成されている。他の例では、転動面１４ａの中央部を直線状に形成し、両端部のみにクラウニングを施す場合もある。クラウニングのドロップ量σ１，σ２は、円すいころ軸受１４が使用される状況や用途に応じて適正値を設定することができる。ころ転動面１４ａの両端には面取り１４ａａ，１４ａｂが施されている。
【００２０】
また、円すいころ１４の両側端面には、横断面（図示せず）が円形の窪み１５，１６が設けられている。窪み１５，１６の周囲の肉厚ｔ１，ｔ２は、円すいころ軸受１４が使用される状況や用途に応じて適正値を設定することができる。
【００２１】
第１の実施形態と同様に、ころ１４の転動面１４ａにクラウニングを設けると、内・外輪１２，１３の軌道面１２ａ，１３ａところ１４の転動面１４ａとの接触部に作用する荷重の偏りを少なくすることができるとともに、ころ１４の側端面に窪み１５，１６を設けると、ころ１４の軸方向端部の剛性が低下して、応力が緩和される。よって、クラウニングのドロップ量σ１，σ２および窪み１５，１６の周囲の肉厚ｔ１，ｔ２を最適に設定して組み合わせることにより、クラウニングのドロップ量σ１，σ２を大きくせず、比較的容易な加工で低コストに生産できるものでありながら、面圧分布を軸方向で均一にして、長寿命化を図ることができる。
また、クラウニングのドロップ量σ１，σ２、あるいは窪み１５，１６の周囲の肉厚ｔ１，ｔ２を異なった値とすることで、ミスアライメント下で応力分布が不均一となる現象にも対応することができる。
【００２２】
例えば、図７に示すように、円すいころ軸受１１が正面組合せで使用され、軸受間にラジアル荷重Ｗが作用する場合は、軸２０のたわみによってころ１４の大径側でエッジ応力が発生することから、窪み１５，１６の周囲の肉厚を、ころ大径側をころ小径側より小さく、すなわちｔ１＜ｔ２とするか、あるいはクラウニングのドロップ量を、ころ大径側をころ小径側よりも大きく、すなわちσ１＞σ２とすることで、ころ１４の大径側でのエッジ応力の発生を防ぎ、接触面圧を均一化する。
【００２３】
また、図８に示すように、円すいころ軸受１１が背面組合せで使用され、軸受間にラジアル荷重Ｗが作用する場合は、軸２０のたわみによってころ１４の小径側でエッジ応力が発生することから、窪み１５，１６の周囲の肉厚を、ころ小径側をころ大径側より小さく、すなわちｔ２＜ｔ１とするか、あるいはクラウニングのドロップ量を、ころ小径側をころ大径側よりも大きく、すなわちσ２＞σ１とすることで、ころ１４の小径側でのエッジ応力の発生を防ぎ、接触面圧を均一化する。
【００２４】
第１および第２の実施形態では、クラウニングの形状を単一の曲率を有する円弧形状としたが、クラウニングの形状を、複数の円弧で形成される連続した円弧形状や、対数曲線で表現される形状か、または一般的な関数で表現される形状としてもよい。
また、第１および第２の実施形態では、ころ４，１４の転動面４ａ，１４ａにクラウニングを設けたが、内輪２，１２の軌道面２ａ，１２ａや外輪３，１３の軌道面３ａ，１３ａにクラウニングを設けてもよい。場合によっては、ころ４，１４の転動面４ａ，１４ａ、内輪２，１２の軌道面２ａ，１２ａ、および外輪３，１３の軌道面３ａ，１３ａの複数にクラウニングを設けてもよい。
【００２５】
さらに、第１および第２の実施形態では、ころ４，１４の側端面に窪み５，６，１５，１６を設けた構成としたが、図５、図６に示すように、ころ４，１４に両側の側端面を結ぶ連通孔７，１７を設けて、ころ４，１４を中空状にしてもよい。その場合も、窪みを設けた場合と同様な作用、効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる円筒ころ軸受の一部を省略した断面図である。
【図２】同円筒ころ軸受のころの断面図である。
【図３】この発明の第２の実施形態にかかる円すいころ軸受の一部を省略した断面図である。
【図４】同円すいころ軸受のころの断面図である。
【図５】異なる円筒ころ軸受のころの断面図である。
【図６】異なる円すいころ軸受のころの断面図である。
【図７】円すいころ軸受を正面組合せで使用する状態を示す図である。
【図８】円すいころ軸受を背面組合せで使用する状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…円筒ころ軸受
２，１２…内輪
２ａ，１２ａ…内輪軌道面
３，１３…外輪
３ａ，１３ａ…外輪軌道面
４，１４…ころ
４ａ，１４ａ…ころ転動面
５，６，１５，１６…窪み
７，１７…連通孔
１１…円すいころ軸受
ｔ，ｔ１，ｔ２…窪みの周囲の肉厚
σ，σ１，σ２，…クラウニングのドロップ量
【図１】
2007198518.tif 000003
【図２】
2007198518.tif 000004
【図３】
2007198518.tif 000005
【図４】
2007198518.tif 000006
【図５】
2007198518.tif 000007
【図６】
2007198518.tif 000008
【図７】
2007198518.tif 000009
【図８】
2007198518.tif 000010